论文下载本科毕业论文mc68hc08gp32 单片机学习开发系统设计单片机

ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本本本本 科科科科 毕毕毕毕 业业业业 论论论论 文文文文 MC68HCMC68HCMC68HCMC68HC08GP3208GP3208GP3208GP32 单片机学习开发系统单片机学习开发系统设计单片机学习开发系统设计单片机学习开发系统设计 MC68HC08GP32 Study Development System Design 系(院)名称： 计算机科学与信息工程 专业班级： 06 计算机科学与技术嵌入式方向（专升本） 学生姓名： 吕 晓 丽 指导教师姓名： 赵 重 明 戴红旗 指导教师职称： 副教授 高工 2008 年 5 月 目目目目 录录录录 第第第第 1111 章章章章 绪论绪论绪论绪论 ........................................................................................................... 1 1.1 MC68HC08GP32 学习开发系统开发背景................................ 1 1.1.1 MC68HC08 系列 MCU 概述 ......................................................................................1 1.1.2 MC68HC08 嵌入式开发平台的必要性 ..................................................................1 1.2 本文工作和结构 .................................................. 2 1.2.1 本文工作..............................................................................................................2 1.2.2 本文结构..............................................................................................................2 第第第第 2222 章章章章 设计目标与项目分析设计目标与项目分析设计目标与项目分析设计目标与项目分析............................................................................. 4 2.1 设计目标 ........................................................ 4 2.1.1 硬件设计目标 .....................................................................................................4 2.1.2 软件设计目标......................................................................................................4 2.2 项目分析 ........................................................ 4 第第第第 3333 章章章章 硬件设计硬件设计硬件设计硬件设计 ................................................................................................. 7 3.1 设计规划 ........................................................ 7 3.2 MC68HC08GP32 芯片特征概述........................................ 7 3.3 硬件电路设计原理 ................................................ 8 3.3.1 复位电路..............................................................................................................9 3.3.2 RS - 232 驱动电路..........................................................................................10 3.3.3 8 位数字量输入电路.........................................................................................10 3.3.4 8 位数字量输出电路.........................................................................................10 3.3.5 A/D 模拟电平产生电路..................................................................................... 11 3.3.6 键盘中断信号产生电路 ................................................................................... 11 3.3.7 串行通信模块电路............................................................................................12 第第第第 4444 章章章章 软件设计软件设计软件设计软件设计 ............................................................................................... 15 4.1 串行通信接口 SCI ................................................ 15 4.1.1 SCI 的基本编程原理.........................................................................................15 4.1.2 SCI 的编程结构.................................................................................................15 4.2 键盘中断模块 ................................................... 17 4.2.1 键盘基本问与 GP32 的键盘中断接口..........................................................17 4.2.2 键盘模块编程寄存器........................................................................................18 4.2.3 键盘中断模块代码获取....................................................................................18 4.3 LCD 与 LED 编程 ................................................. 19 4.3.1 扫描法 LED 显示编程原理................................................................................19 4.4 FLASH存储器的编程............................................... 20 4.4.1 Flash 存储器的基本特点 ................................................................................20 4.4.2 Flash 存储器编程的基本概念 ........................................................................20 4.4.3 Flash 存储器的编程寄存器 ...........................................................................21 4.4.4 编程 Flash 的算法 ...........................................................................................22 4.5 定时器模块的 ................................................... 25 4.5.1 输出比较功能的基本含义................................................................................25 4.5.2 定时器模块的寄存器 .......................................................................................25 4.5.3 定时器模块的脉冲调制输出功能....................................................................26 4.5.4 脉冲宽度调制器 PWM 的基本概念....................................................................26 4.5.5 用定时器通道实现 PWM 的步骤........................................................................26 结结结结 论论论论 ..................................................................................................................... 28 致致致致 谢谢谢谢 ..................................................................................................................... 29 参考文献参考文献参考文献参考文献：：：： ............................................................................................................. 30 MC68HC08GP32 单片机学习开发系统设计 专业班级：06 计算机科学与技术嵌入式方向（专升本） 学生姓名：吕晓丽 指导老师：赵重明 戴红旗 职称：副教授 高工 摘要 随着我国嵌入式软件产品的迅猛发展，嵌入式应用软件已成为中国软件产业新的市 场增长点。微处理器、微控制器、DSP 芯片技术及嵌入式软件是通信、消费类电子等各类 电子信息产品的核心。本项目描述一个基于 MC68HC08GP32 单片机学习开发系统。本学习 平台包含了嵌入式工程师所需要的用于开发和评估基于 Freescale 公司（前 Motorola 公 司）M68HC08 系列单片机的应用系统的各种模块。用户可以简便地利用该系统对各个接口 模块和相关外设进行一些实验和测试，也可以在原有基础上扩展需要的模块，并进行实验。 该平台提供了嵌入式领域常用的功能模块、该平台拟采用逐步深入的引导模式，配合各模 块的示例及可重用的模块代码库使用户能够从最简单的模块开始接触单片机，加深对单片 机及嵌入式系统的理解。通过以上几个模块的学习，使用户能在最短的时间内熟悉并掌握 GP32 单片机的使用方法，在实际应用中发挥出 HC08 系列单片机的最佳性能。该实验系统 适合高校单片机教学，同样也能为开发人员评估单片机性能提供便利。 关键词：HC08 中央处理器单元 Flash 存储器 时钟源选择串行通讯 MC68HC08GP32 Study Development System Design Abstract Embedded software products as China's rapid development, embedded software applications software industry has become China's new market growth. Microprocessors, microcontrollers, DSP chips embedded software technology and communications, consumer electronics, and other electronic information products the core. Based on a description of the item HC08 learning MC68HC908GP32 development system. This learning platform contains embedded engineers need to develop and evaluate companies based on the Freescale (formerly Motorola company) M68HC08 MCU applications of the various modules. Users can easily use the system to various interface module and related peripherals for some experiments and tests, the prototype design can also need to expand the zone module and conduct experiments. The platform provides a common area of the embedded module, the platform to be adopted gradually in-depth guide mode, in collaboration with various modules and examples of reusable modules of the code so that users can from the most simple of the first contact with the HC08 module, deepen their understanding of MCU and embedded systems understanding. Through more than a few of the learning modules so that users can in the shortest possible time GP32 familiar with and master the use of HC08, in practical applications to HC08 MCU to play the best performance. The experimental system for colleges and universities HC08 teaching but also for developers to facilitate the assessment of HC08. From a market survey, demand analysis, the choice of development platform, the establishment of system modules, the subroutine design, function -Block programming and software testing, and other aspects of the application system described the design process. To facilitate that, in the process of drawing a diagram, and the data flow chart of the interface. Key words HC08 CPU unit (CPU) Flash memory clock source selection serial communication -1- 第第第第1111章章章章 绪论绪论绪论绪论 1.1 MC68HC08GP32 学习开发系统开发背景 1.1.1 M68HC08 系列 MCU 概述 嵌入式系统是一种面向测控对象,将计算机（或单片机）嵌入到实际应用系统中，实现嵌 入式应用的计算机系统。 微控制器（MCU），也就是人们通常所说的单片机，应此文中的 MCU 和单片机是一个意思。 单片机的全名应为单片微型计算机（Single Chip Micro Computer）,MCU 的基本含义是：在 一块芯片上集成了中央处理单元(CPU)、存储器、定时器/计数器及多种输入输出接口的比较 完整的数字处理系统。各种各样的以单片机为核心的应用系统从广义上来说都是简易的嵌入 式系统。 目前，Freescale 公司为了满足市场的需求推出了 HC08 系列单片机。这个型号的单片机 是以 8 位高速 CPU08 为核心，它具有速度快、功能强、价格低、指令系统丰富等特点是具有 性价比极高的 8 位单片机。Freescale 公司在该系列单片机中内嵌了 BDM（后台调试模式）模 块，使其支持 BDM 调试技术。特别是带有闪速 Flash 存储器，闪速存储器具有电可擦除、无 需后备电源来保护数据、可在线编程、存储密度高、低功耗、低成本、可靠性好等特点，这 是它优于静态和动态 RAM、 EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读 存储器)、OTP(一次性可编程只读存储器)等存储器。HC08 的中央处理单元是 CPU08,在 8 位单 片机的基础上集成不同的存储器模块与外围电路，就会生成适应各种不同的应用环境的微控 制器芯片，从而构成了品种繁多的 HC08 系列。Freescale 公司的 08 系列单片机型号有一百 多种。在这些不同型号的单片机中，资源各不相同，即使同一型号的单片机，也有多种封装 形式，其 I/O 口数目也不相同。如 M68HC08GP32 就有 20 脚的 DIP、28 脚 SOIC、44 脚的 QFP 和 20 脚的 SOIC 四种封装形式。 1.1.2 M68HC08 嵌入式开发平台的必要性 M68HC08 系列单片机使用相当的广泛。从 1993 年起，Freescale 半导体公司为全球提供 的 8 位微控制器已超过 50 亿片，然而我国国内大多数“熟悉”单片机的人却不知晓这一底细， 国内的微控制器市场从 20 世纪 80 年代开始，一直由 Intel 公司推出的 MCS-51 占据着绝对的 统治地位。人们又逐渐发现，从进口的电子信息类产品特别是各类通信产品中，其中有 MCU 的，多数使用了 Freescale 的产品，而不是 MCS-51。因此，学习与掌握 Freescale 微控制器 技术是中国大陆全面进入国际化的形势所迫，了解并掌握 Freescale 微控制器体系结构，有 利于我们学习与掌握国外更多的先进技术与经验，扩大自己的知识面，增强创新思维能力。 -2- 在国内，目前基于 Freescale 单片机的应用研发机构比较少，但这几年该公司加大了宣 传力度，并在国内一些大学中设立了研究机构，其中研发过类似的开发平台的有复旦大学、 清华大学和苏州大学。复旦大学开发了 M68HC08 系列单片机仿真器，该仿真器达到在目标系 统硬件尚未定 MCU 型与制版情况下，先行调试目标系统的硬件、软件设计，为目标系统的研 制提供前期基础，但是，一些情况下，难以实现 100%的实时仿真，有些功能在用仿真器调试 时十分正常，而到了实际应用系统却不能顺利运行，同时，传统的仿真方式的一些调试功能 仅适用于初学者，对于具有一定开发经验并拥有通用功能模块积累的开发者，往往增加了开 发时间。 基于上述背景，作者着手开发适合国内用户需要的 M68HC08 系列 MCU 嵌入式开发平台， 为用户提供该系列的快捷、方便、高效、廉价的开发环境。 1.2 本文工作和结构 1.2.1 本文工作 在本科的学习过程中，作者对“嵌入式系统的软、硬件设计”、“Freescale8 位、32 位及 DPS 等系列的单片机”等课题有了深入的学习和实践，积累了有关电路设计，系统设计，数 据通信方面的知识和经验，有信心将HC08系列MCU嵌入式开发平台的设计作为毕业设计课题。 本文主要介绍了编程器和调试器的实现方法。 本文主要工作： (1) 硬件平台的设计与实现； 1）片选择（选带 USB 模块的 MC68HC908GP32）； 2）了解芯片的外围电路，分析芯片间的接线方式，设计硬件原理； 3）绘制 PCB 电路图； 4）其他元器件的选型与采购等； 5）焊接、硬件部分测试，完成硬件系统。 (2) MCU 软件平台的设计、实现与测试 6）GP32 各个模块的子程序的程序设计与测试； 7）总体功能分析与主程序设计； 8）与目标芯片通信相关子程序设计与测试； 9）整体测试； 1.2.2 本文结构 全文共 4 章，各章内容安排如下： 第 1 章介绍课题的开发背景，并给出了本文工作及结构。 -3- 第 2 章主要设计目标，和项目分析。 第 3 章硬件设计及其原理图。 第 4 章各模块的软件设计方案，并给出相关子程序的流程图及算法描述 -4- 第第第第2222章章章章 设计目标与项目分析设计目标与项目分析设计目标与项目分析设计目标与项目分析 2.1 设计目标 MC68HC08GP32 单片机学习开发系统主要包括一下资源： 2.1.1 硬件设计目标 (1) 4 位数码管；1 个蜂鸣器 ； (2) 8 位键盘；8 位拨码开关； (3) RS232 串口通讯电路； (4) FLASH 在线编程，通过 SCI 接口的在系统编程； (5) 定时器；SPI 串行接口；六个 A/D 模块扩展； (6) 两个电位器接口；IIC 总线模块 (7) A/D 转换；PWM D/A 转换； (8) BDM 下载接口 ； (9) 红外发送/接受模块； (10) 2*8 双排总线扩展接口 (11) 5V 转 3.3V 电源模块 2.1.2 软件设计目标 在掌握 HC08 单片机软硬件设计技术的基础上，了解硬件电路的基本原理和设计要求，熟 悉并掌握 MC68HC908GP32 芯片资料，熟练运用芯片的各种资源模块。在此基础上，充分利用 硬件模块资源，通过软件编程调试实现对各个功能模块的应用。MC68HC908GP32 单片机学习 开发系统，通过 I/O 复用的方法，可以充分利用内部集成的相当丰富的功能模块：内部时钟 模块 ICS、脉宽调制模块 PWM、400kHz 的高速 10 位 ADC 模块、IIC/SPI/SCI 等多种通信模块、 定时器和比较器等。通过以上各个模块的开发利用，嵌入式工程师可以系统的学习用于开发 和评估基于 Freescale 公司（前 Motorola 公司）HC08 系列单片机的应用系统的各种模块。 2.2 项目分析 嵌入式系统主要用于各种信号处理与控制。从随身携带的 MP3/4、电子辞典、手机、PDA， 到娱乐中的机器人；从家庭中的智能电视、可视电话、智能冰箱、机顶盒，到网络路由交换 设备、医疗、汽车电子，到航天航空设备等等，越来越多的领域均用到各种嵌入式技术，听 起来陌生的“嵌入式”技术其实早已渗入人们日常生活的方方面面。单片机嵌入式工程师的 主要问题有三个方面： -5- 其一是对不断涌现出的新技术需要花大量的时间和精力来学习； 其二是难以实现嵌入式软件的重用； 其三是实时操作系统的移植和应用门槛较高。 为了解决第一个问题，芯片的供应商会设计制造各种专用的评估板以满足这种需求。但 是评估板提供的硬件往往比较简单，提供的软件资源往往非常有限。 第二个问题是一个需要逐步解决的问题。由于高级语言，例如 C 越来越多的用于嵌入式 系统的软件开发，这为嵌入式系统的软件重用带来了可能性，随着嵌入式系统性能的不断提 高，以及嵌入式应用领域的不断扩大，越来越多的嵌入式系统靠复杂的软件来实现其复杂的 功能，嵌入式工程师的工作重点正在向软件开发方面倾斜和侧重，嵌入式软件工程师希望开 发和利用可重用的软件。 虽然在复杂的嵌入式系统中，工程师往往希望摆脱传统的前后台系统，转而使用实时操 作系统，但是，降低移植和应用实时操作系统的技术门槛也不是一件容易的事。 为了解决上述几个方面的问题，我们设计了一种廉价的通用的支持 HC08 全系列单片机的, 配备大量易用和可重用软件资源的学习和开发平台。 该系统的硬件包括单片机核心电路、常用外围接口和外设电路，可进行常见部件的调试 和仿真，配以大量的高级语言案例代码，指导性的参考设计，以及详细的文档，大大降低了 学习门槛。其次，还将著名的开源实时嵌入式操作系统 uC/OS-II 移植到该硬件平台上，以便 于用户快速学习并掌握如何应用实时嵌入式操作系统。在此基础上，系统还提供一个自行设 计的可重用软件模块库，这种可重用的软件模块库按照可重用的模式进行设计，利用这种软 件库可以有效缩短应用系统开发周期。 虽然 Freescale 公司的单片机进入国内市场较晚，但其在国际市场是主流厂商，其 MC68HC08 系列单片机是低价位、高性能单片机，是飞思卡尔公司未来主推的产品，根据初步 市场调查和统计的数据，我们认为未来几年内 HC08 单片机将在国内迅速推广并流行，考虑到 将来的技术和市场发展趋势，目前我们以 HC08 系列单片机为基础来建立该学习和开发平 台。 由于单片机应用开发平台集成了大量专业技术和优秀设计思想，把单片机嵌入式应用于 开发中的基础硬件工程，解决在平台之中，平台的严密和规范化设计保证了平台化设计 有较高的可靠性与良好的使用界面。使用单片机开发平台可使技术人员尽快掌握产品开发技 术，彻底根除产品开发中大量低水平重复工作。平台的知识集成减少了企业或研究机构对个 别技术人员的依赖性，技术人员的流动不会影响单位的技术实力，平台最大限度的包容性大 大缩短了产品的开发周期，平台的可靠性积累，保证了基于平台开发的产品具有良好的可靠 -6- 性。平台的标准化、系统化、规范化有利于嵌入式产品的大规模生产、售后服务和产品更新。 -7- 第第第第3333章章章章 硬件设计硬件设计硬件设计硬件设计 开发单片机应用系统，首先要让单片机能正常运行，其次是让它能够具有基本的人机交 互能力，这就构成了单片机的基本系统，也称“最小系统”。给单片机供电，提供必要的时钟， 先让它“活”起来，同时配置好单片机的通信规约，使得开发人员能够与单片机简历起联系 （一般是通过串行接口或者是 BDM 电缆使得单片机与 PC 间实现互连），可通过计算机发送命 令给单片机，下载程序代码，在线调试程序等。有了一个基本环境，就可以调试单片机的硬 件系统，在基本系统没有问题的前提之下才谈得上软件的开发。 3.1 设计规划 首先对设计进行需求分析:第一单片机上电后要能正常工作，第二要提供通信接口与 PC 机实现交互；此外还要提供丰富的调试接口，并把必要的 I/O 引脚等引到接插件上。 电源设计：查看 MC68HC908GP32 芯片手册，我们知道该款单片机是 3.3V 供电。因 3.3V 直流电源不很通用，我们采用 5V 的稳压电源加电源转换器件的方案，配置一片 LM1086 – 3.3 的电压转换芯片，实现 5V 到 3.3V 的转换，给单片机供电。 时钟电路设计：为了给单片机提供时钟信号，作者紧密结合芯片手册配置了时钟电路和 复位电路。 调试手段：如何写入、擦除单片机 Flash 中的程序 Freescale 公司的 S 系列单片机都支 持 BDM 在线调试；同时，监控程序（通过串口与 PC 交互）仍不失为一种廉价而高效的调试手 段，因此，基本系统需要同时配置 BDM 接口和监控程序用的串口通信电路。 通信设计：采用什么接口与 PC 机通信？传统的做法是通过单片机的 SCI 口与 PC 的 TS–232 异步串行口通信，一片 MAX232 就能实现单片机与计算机的某些 I/O 口去控制 LED 即 可。这些 LED 也可以用于软件调试。 单片机基本系统作为一个通用的开发系统，一般不会特别设计某种具体的通信接口（串 口通信除外），而是直接把这些接口的引脚引到接插件上提供给用户。 接口设计：根据不同的需要设计方案会有所不同。考虑到基本系统要尽量把所有可能用 到的功能引脚都引出来，这里采用两个 32 针的欧式插座作为信号引出接口。 设计综合：把各部分放到一个系统里使其成为一个整体，完成基本系统设计。 3.2 MC68HC908GP32 芯片特征概述 MC68HC908GP32 MCU (以下简称 GP32 MCU)是 Freescale 公司 2001 年推出的一款 HC08 系 列单片机，主要特点概述如下： -8- 1) 支持 C 编译器的高性能 M68HC08 体系结构 2) 与 MC68HC05 系列 MCU 向上兼容 3) 8M 内部总线频率 4) 可选的看门狗(COP)复位 5) 低电压检测 6) 512B 片内 RAM 7) 32KB 的片内 FLASH 存储器，具有在线编程能力和保密功能； 8) 增加型串行通信口(SCI)和串行外围接口(SPI) 9) 两个 16 位双通道定时器接口模块，每个通道可选择为输入捕获、输出捕获和脉宽调 制输出,其时钟可分别选为内部总线的 1、2、4、8、32、64 的分频值； 10) 8 通道、8 位逐渐逼近模-数(AD)转换器 11) 允许单断点设置在线调试模块 12) IRQ 和 RST 引脚内部上拉 13) 时钟发生器模块，用 32KHZ 晶振的锁相环电路 14) 键盘中断模块 15) 多达 33 根通用 I/O 脚，包括 26 根共享 I/0 引脚 3.3 硬件电路设计原理 使用+5V 电源，再利用 LM1086 – 3.3 进行电平转换。为了稳定电压，需要外接一些电 容。这些电容分为两类，电容值比较大的如 1uF、10uF 等乘坐储能电容。储能电容用以吞吐 数字电路信号变化时产生的电流变化。另一类电容值比较小的电容如 0.1uF、0.01uF 的称作 去耦电容，去除单片机运行产生的高频噪声。再单片机的电源输入端也需要接入类似的一大 一小两个电容。电感同样作为电源输入的滤波元件；保险丝则用作短路保护。原理图如下： 图 3-1 MC68HC908GP32 电源设计 电源电路与其它电路比较相对简单，但它关系到单片机的基础。要使单片机系统稳定， 抗干扰能力强，电源品质很重要。 -9- MC68HC08GP32 支持多种时钟模式：32-100kHz 外部石英晶体或陶瓷振荡器、1-16MHz 外 部晶体或振荡器、有源外部时钟以及内部 RC 振荡电路。MC68HC08GP32 复位后默认时钟设置 为自时钟模式，即内部 RC 振荡电路。有内部 RC 振荡电路的好处是，即使没有外部时钟电路， 或者外部时钟电路不工作，工作不正常，CPU 也能工作。这就大大提高了单片机系统的可靠 性。在时钟电路调试过程中，若发现 CPU 工作速度和预期的外部时钟电路频率相差很远，很 可能是外部时钟电路就没有起振。内部 RC 时钟电路的缺点是，由于半导体工艺的限制，频率 准确性不高，也不够稳定。对于价格不是太敏感的系统，仍建议加上外部时钟电路。 这里采用 1-16MHz 外部晶体时钟方式。外部晶振电路主要由石英晶体振荡器和一些电容、 电阻组成。这里的两个电容值包括振荡电路附近的分布电容。速度很快的单片机往往使用片 内集成的锁相环 PLL 产生的高频时钟作为系统时钟，但锁相环也需要外部晶振提供稳定的频 率来锁定最终的振荡频率。 3.3.1 复位电路 复位使 MCU 进入到开始状态，从复位向量地址（$FFFE～$FFFF）取得即将开始执行程序 的地址，由此地址开始执行。从是否上电来看，复位分为上电复位（俗称冷复位）与热复位。 上电复位是指原来芯片并未加电（处于所谓冷状态），给芯片加电后，芯片复位。热复位是指 芯片本来就处于上电状态，由于内部或外部原因引起的复位，复位后，MCU 迅速停止当前正 在执行的指令，有关寄存器恢复到复位状态值，从地址$FFFE～$FFFF 取出两字节的复位向量 送到程序计数器 PC。 从引起复位的信号来看，有外部复位与内部复位：外部复位是指逻辑低电平加到芯片的 RST引脚一段时间后所产生的复位。RST引脚也是内部复位的输出端。内部复位是指芯片的 内部复位源将芯片的RST引脚拉低 32 个 CGMXCLK 周期所产生的复位。在释放RST引脚以后， MCU 还将被置于复位状态 32 个周期。这些内部复位源包括如下 5 种： 上电复位（POR）：是由 VDD引脚上的电压从低到高跳变（正跳变）引起的内部复位。上电 复位的过程为： (1) 使 CPU 和其他模块的时钟信号稳定地延时 4096 个 CGMXCLK 周期。 (2) 使RST引脚在振荡器稳定之前保持低电平。 (3) 在振荡器稳定之后 32 个 CGMXCLK 周期内释放RST引脚。 (4) 在振荡器稳定之后 64 个 CGMXCLK 周期内 CPU 开始从复位向量执行程序。 看门狗复位：由看门狗计数器溢出引起的内部复位，下节中解释看门狗概念与编程方法。 低电压禁止复位：是由于电源电压降低到低电压禁止电压时产生的内部复位。复位过程 -10- 与上电复位相似。 非法操作码复位：是由不在指令集中的操作码引起的内部中断。 非法地址复位：是由于从不在控制地址内的地址获取操作码引起的内部复位 3.3.2 RS - 232 驱动电路 RS - 232 驱动电路使用一片 MAX232 提供 CMOS 电平到 RS – 232 电平的电平转换，计算 机可通过 9 针 RS – 232 串行接口与单片机系统的 9 针 D 型插头进行通信。 5 9 4 8 3 7 2 6 1 J1 DB9 C11 1uF C12 1uF C14 1uF Vs-6 VCC16 GND15 T1OUT14 T2OUT7 C1+ 1 C1- 3 C2+ 4 C2- 5 R1IN13 R2IN8 T1IN 11 T2IN 10 R1OUT 12 R2OUT 9 Vs+2 U2 MAX232CPE C15 1uF PTE0 PTE11 23 4 JP0 HEADER 2X2 +5V +5V C13 1uF 图 3-2 RS - 232 驱动电路设计 3.3.3 8 位数字量输入电路 目标评估母板用拨位开关为用户提供了 8 位数字量的输入模块。当拨位开关状态为 OFF 时，相应的导线接插点上的电压为(高“1”)；当拨位开关状态为 ON 时，相应的导线接插点 上的电压为低（“0”）。在拨位开关两旁的“1”和“0”数字指示了开关拨动的方向所对应的 电平高低。因此可以用 8 个开关输入 8 位的数字量，从而实现状态控制或者简单输入。原理 图如下所示： 23456789 1 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 SW00 SW DIP-8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 JP5 ENABLE +5V PTD0 PTD3 PTD1 +5V C21 0.1uF SL CLK1 E F G H Q0 GND Q1 SER A B C D CLK2 VCC U5 74HC165 图 3-3 8 位数字量输入电路 3.3.4 8 位数字量输出电路 目标评估母板用 LED 为用户提供了 8 位数字量的输出模块。8 个发光二极管通过一个公 共端接到 3.3 V 高电平，因此这些 LED 是低电平导通的。当导线接插点的接入电平为高时， LED 处于暗状态；当导线接插点的接入电平为低时，LED 处于亮状态。每个 LED 用明暗两种状 态表示 0 或者 1。8 个 LED 小灯就可以表示 256 种状态即 1 个 8 位的数字量。此模块可以用于 状态显示或者软件调试。原理图如下所示： -11- D7 LED D6 LED D5 LED D4 LED D3 LED D2 LED D1 LED D0 LED 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP40 1K*8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 JP4 ENABLE +5V PTD0 +5V PTD2 PTD3 QB QC QD QE QF QG QH GND QH' MR SH_CP ST_CP OE DS QA VCC U3 74HCT595 图 3-4 8 位数字量输出电路 3.3.5 A/D 模拟电平产生电路 目标评估母板为单片机的 A/D 模块提供了两位模拟电平输入。用户可以通过调节可调电 阻，在输出端产生 0~5V 的模拟电平。连续的模拟电平可以用于许多实际控制，比如控制灯的 渐亮渐灭，蜂鸣器音量的渐变，调节 LCD 显示器的对比度等等。另外还可以用来模拟连续物 理量作为输入。 MC68HC08 系列单片机包含有一个 8 路 10 位的 ADC 转换器。ADC 转换为线性转换，高于或 等于 Vss，其结果为$FF， 低于或等于 Vdd，其结果为$00。其主要特性如下: � 12 路可复用的 ADC 通道 � 结果为连续线性近似 � 8 位的分辨率 � 单一或连续转换 � 具有转换结束标志或中断功能 � 可选的 ADC 时钟 原理图如下所示： 1 2 3 POT1 10K +5V 1 2 3 POT2 10K +5V AD0 AD1 图 3-5 A/D 模拟电平产生电路 3.3.6 键盘中断信号产生电路 目标评估母板为用户提供了4行4列共16个机械按键键盘，可用于键盘中断信号的输入。 原理图如下所示： -12- SW1 SW2 SW4 SW5 SW3 SW6 SW7 SW8 SW9 SW10 SW12 SW13 SW11 SW14 SW15 SW16 X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3 Y4 图 3-6 键盘中断信号产生电路 用户可以直接将键盘的 8 个导线接插点（X1~X4 和 Y1~Y4）与单片机的键盘中断输入口 的 8 个引脚相连；再通过编程，可以实现 16 键键盘输入的确认过程。 编程时主要解决两个问题：键盘识别和键盘去抖。键盘识别是通过键盘扫描算法实现， 主要有矩阵键盘扫描法和反转扫描法，所有单片机教程都有讲解，这里不再赘述。按下键盘 的动作相对于 CPU 运行速度是一个很慢而且反复的过程，所以在实际应用中，要用软件消除 按键在按下瞬间触点产生的信号抖动。其基本做法是，读到按键低电平后，软件延迟 20ms 后 再读一次，以确认键确实被按下。 3.3.7 串行通信模块电路 串行通信接口 SCI 是一个全双工异步串行通信接口，它用于 MCU 与其他计算机之间进行 通信。 1、串口通信基本概念 (1)异步串行通信的格式 SCI 通常采用 NRZ 数据格式，即：standard non-return-zero mark/space data format， 译为：“标准不归零传号/空号数据格式”。“不归零”的最初含义是：用正、负电平表示二 进制值，不使用零电平。“mark/space”即“传号/空号”分别是表示两种状态的物理名称， 逻辑名称记为“1/0”。 (2)串行通信的波特率 波特率（baud rate）：每秒内传送的位数。波特率单位是位/秒，记为 bps。通常情况下， 波特率的单位可以省略。通常使用的波特率有 300、600、900、1200、1800、2400、4800、 9600、19200、38400。 (3)奇偶校验 字符奇偶校验检查（character parity checking）称为垂直冗余检查（ vertical redundancy checking，VRC），它是每个字符增加一个额外位使字符中“1”的个数为奇数或 偶数。 奇校验：如果字符数据位中“1”的数目是偶数，校验位应为“1”，如果“1”的数目是 -13- 奇数，校验位应为“0”。 偶校验：如果字符数据位中“1”的数目是偶数，则校验位应为“0”，如果是奇数则为 “1”。 (4)串行通信的传输方式 单工（Simplex）：数据传送是单向的，一端为发送端，另一端为接收端。这种传输方式 中，除了地线之外，只要一根数据线就可以了。有线广播就是单工的。 全双工（Full-duplex）：数据传送是双向的，且可以同时接收与发送数据。这种传输方 式中，除了地线之外，需要两根数据线，站在任何一端的角度看，一根为发送线，另一根为 接收线。一般情况下，MCU 的异步串行通信接口均是全双工的。 半双工（Half-duplex）：数据传送也是双向的，但是在这种传输方式中，除了地线之外， 一般只有一根数据线。任何一个时刻，只能由一方发送数据，另一方接收数据，不能同时收 发。在 freescale 的 HC08 系列 MCU 中，监控模式的通信就采用这种方式。 从基本原理角度看，串行通信接口 SCI 的主要功能是：接受时，把外部单线输入的数据 变成一个字节的并行数据送入到 MCU 的内部；发送时，把需要发送的一个字节的并行数据转 换为单线输出。 2、 串行口的 RS-232C 驱动电路 MCU 引脚一般输入/输出使用 TTL 电平，而 TTL 电平的“1”和“0”的特征电压分别为 2.4V 和 0.4V，适用于板内数据传输。为了使信号传输得更远，美国电子工业协会 EIA （Electronic Industry Association） 制订了串行物理接口标准 RS-232C。RS-232C 采用负 逻辑，-3V～-15V 为逻辑“1”，+3V～+15V 为逻辑“0”。RS-232C 最大的传输距离是 30m， 通信速率一般低于 20Kbps。 RS-232 接口，简称“串口”，它主要用于连接具有同样接口的室内设备。目前几乎所有 计算机上的串行口都是 9 芯接口。下图给出了 9 芯串行接口的排列位置。 1 6 2 7 3 8 4 9 5 P3 DB9 RxD_in TxD_out 图 3-7 串行口的 RS-232C 驱动电路 相应引脚含义如下： -14- 1 接收线信号检测(载波检测 DCD) 2 接收数据线（RXD） 3 发送数据线（TXD） 4 数据终端准备就绪（DTR） 5 信号地（SG） 6 数据通信设备准备就绪(DSR) 7 请求发送（RTS） 8 清除发送 9 振铃指示 使用 RS-232 总线进行串行通信，需要外接电路实现电平转换。在发送端用驱动电路将 TTL 电平转换成 RS-232 电平 ,在接收端用接受电路将 RS-232 电平转换为 TTL 电平。电平转 换器使用 MAX3232 芯片实现，该芯片使用单一 +5V 电源供电实现电平转换。MAX3232 芯片引 脚含义简要说明如下： Vcc（16 脚）：正电源端，一般接 +5V GND（15 脚）：地 Vs+（2 脚）：Vs+ = 2Vcc – 1.5V Vs-（6 脚）：Vs- = -2Vcc – 1.5V C2+、C2-（4、5 脚）：一般接 1uF 的电解电容 C1+、C1-（1、3 脚）：一般接 1uF 的电解电容 MCU